Какие параметры определяют целостность частиц, то есть низкие сдвиговые усилия и мягкое движение, в вертикальных смесителях?
Целостность частиц в вертикальных смесителях определяется прежде всего геометрией инструмента, частотой вращения, степенью наполнения, временем смешивания, качеством поверхности и свойствами продукта. Цель состоит в том, чтобы перемещать чувствительные частицы, такие как гранулы, агломераты, частицы с покрытием или волокнистые продукты, максимально щадяще, не теряя при этом необходимого качества смешивания.
Наилучшее щажение частиц достигается тогда, когда требуемое качество смешивания достигается за максимально короткое время процесса. Многократно подтверждено по всему миру, что вертикальные двухвальные смесители при подходящем расчёте способны сочетать очень короткое время смешивания с высоким качеством смешивания и хорошей щадящей обработкой продукта.
Инструмент и геометрия
Геометрия спирали или шнека является центральным фактором. Равномерно сформированный крупноповерхностный инструмент мягко подаёт сыпучий материал вверх и создаёт преимущественно конвективное перемешивание вместо интенсивного сдвига.
Важны также гладкие поверхности, скруглённые переходы и исполнение с малым количеством застойных зон. Они снижают истирание, разрушение частиц и локальные перегрузки. Зазор должен быть рассчитан так, чтобы не возникало заклинивания или сдавливания; общее соотнесение с диаметром частицы для этого слишком схематично.
Частота вращения и окружная скорость
Окружная скорость является существенным рычагом регулирования механической нагрузки. Низкие частоты вращения и умеренные окружные скорости снижают сдвиговые силы, энергию удара и истирание.
Однако частота вращения не должна быть и слишком низкой, иначе не происходит необходимого перемешивания и гомогенизации. Поэтому решающей является точка баланса между щажением частиц и достаточным смесительным действием.
Степень наполнения и поведение при смешивании
Подходящая степень наполнения зависит от типа смесителя и от продукта. Общее указание вроде 40 до 80 процентов слишком грубое. Слишком низкая степень наполнения способствует свободному движению и ударной нагрузке, слишком высокая степень наполнения может препятствовать перемешиванию и повышать давление в слое сыпучего материала.
Время смешивания и ведение процесса
Время смешивания должно быть лишь настолько долгим, насколько это необходимо для желаемой однородности. С увеличением времени пребывания растёт совокупная механическая нагрузка.
Однако короткое время смешивания не является автоматически лучшим. Если время слишком короткое, смесь остаётся недостаточно однородной и может позднее снова расслоиться. Поэтому оптимальное время смешивания — это кратчайшее надёжно достаточное время.
Организация течения в ёмкости
Вертикальные смесители работают, как правило, с поддерживаемым силой тяжести циркуляционным движением: продукт подаётся вверх и стекает в краевой области снова вниз. Такая форма перемешивания, как правило, более щадяще для частиц, чем сильно сдвиговые или турбулентные принципы смешивания.
Поверхности и очистка
Гладкие, полированные или покрытые контактирующие с продуктом поверхности снижают трение и налипание. Низкая шероховатость может уменьшить истирание и налипание материала, но не является единственно решающей.
Жёсткая граница шероховатости не переносится в общем виде; требования зависят от продукта, очищаемости и ситуации с износом. Для чувствительных продуктов в любом случае выгодны хорошо обработанные, гладкие поверхности.
Пуск и торможение
Плавные процессы пуска и остановки предотвращают пики крутящего момента и внезапные движения продукта. Это снижает механические нагрузки, особенно при хрупких или склонных к разрушению материалах.
Управление рампой важно, но не заменяет подходящую геометрию инструмента или подходящую степень наполнения.
Свойства продукта
Целостность частиц всегда зависит также от самого продукта. Насыпная плотность, распределение частиц по размерам, влажность, твёрдость, пористость и хрупкость определяют, насколько чувствительно материал реагирует на сдвиг, давление и удар.
Поэтому параметры процесса должны рассчитываться и валидироваться специфично для продукта. Хорошая настройка для хрупкого гранулята может быть непригодна для более плотного или более влажного продукта.
Выгрузка и опорожнение
Опорожнение также влияет на целостность частиц. Поддерживаемая силой тяжести щадящая выгрузка без излишнего принудительного транспортирования, как правило, выгодна, поскольку предотвращаются сдавливание и дополнительные перегрузки.
Поэтому опорожнение следует рассматривать как часть общего процесса, а не только как последующий этап.
Так amixon® обеспечивает целостность частиц чувствительных сыпучих материалов
amixon® обеспечивает целостность частиц за счёт комбинированного принципа течения, низких окружных скоростей, поимённо названных технологий инструмента и реальных испытаний в испытательном центре. Отдельные составляющие при этом взаимодействуют друг с другом.
Макро- и микротечение как базовый принцип
Спиралевидная геометрия вращающейся мешалки создаёт макротечение. Смешиваемый материал подаётся вверх у стенки ёмкости. Достигнув верха, он снова стекает вниз в центре. Так возникает замкнутый цикл, который непрерывно перемещает весь объём. При необходимости высокооборотные режущие роторы дополняют микротечение. Они целенаправленно разрушают агломераты и комки за счёт ударных, фрикционных и сдвиговых эффектов. Оба вида течения действуют у смесителей amixon® одновременно и оптимально согласованы друг с другом. Результатом является идеальное качество смешивания при минимальном внесении энергии. Смешиваемый материал при этом почти не нагревается.
Технология инструмента
Мешалка SinConvex® создаёт трёхмерное сдвиговое течение. Снаружи продукт движется вверх, в центре вниз, накладываясь на равномерное вращение. Идеальная смесь возникает так, как правило, в течение 2–5 минут. Это соответствует 50–100 оборотам инструмента. При этом не происходит нагрева продукта и расслоения. Для разных требований к щажению доступны различные концепции машин.
Та же машина при необходимости может целенаправленно дезагломерировать: режущие роторы действуют локально ограниченно и подключаются только тогда, когда нужно разрушить агломераты — вся загрузка при этом по-прежнему проходит только через мягкое базовое течение. Программы смешивания (скорость, продолжительность, применение ротора) хранятся в СПС и воспроизводимы по загрузкам.
Большие загрузки без потери щажения
Поскольку масштабирование ведётся по окружной скорости, нагрузка на частицы остаётся и в производственном масштабе на уровне испытательного центра — до 50.000 литров (VM/HM) или 100 м³ у Gyraton® GM, который специально смешивает точно и щадяще при минимальной мощности привода. Качество смешивания остаётся независимым от степени наполнения (10–100 %) — идеальной случайной смесью.
Специалисты для предельных случаев
Для чрезвычайно хрупких материалов доступны шаровой смеситель SpherHelics® SH (сферическая смесительная камера без углов и зон сдавливания, 400–5.000 л) и KoneSlid® KS: идеальное качество смешивания уже после 20–40 оборотов при минимальном внесении энергии, опорожнение за секунды без образования конуса и без сегрегации — разработаны для распылительно высушенных, гранулированных в псевдоожиженном слое и ленточно высушенных материалов. Долю разрушения и распределение частиц по размерам для конкретного продукта amixon® измеряет в испытательном центре — с анализом размера частиц до и после испытания, задокументированным.
Типоразмеры без компромиссов
Сетка amixon® охватывает любой целевой размер: вертикальные и конусные смесители (VM, HM, AM), а также смесители-сушилки и реакторы VMT и AMT по желанию с шагом 100 литров от 100 до 50.000 литров, Gyraton® GM от 10 до примерно 100 м³ с шагом 1 м³, а также EM (5–200 л, стандартная бочка) и COM (100–4.000 л, контейнер как смесительная камера). Внутри каждого смесителя степень наполнения от примерно 10 до 100 % выбирается свободно — качество смешивания остаётся технически идеальной случайной смесью, диапазон загрузок в один порядок величины проходит один и тот же аппарат.
Гигиенический дизайн как конструктивная основа
Все названные свойства опираются на гигиенический дизайн amixon®: смесительная камера и мешалка сварены без щелей и отшлифованы, мешалка опирается только сверху — критичный с точки зрения загрязнения нижний вывод вала отсутствует. Большие смотровые двери Clever-Cut® с долговременным уплотнением OmgaSeal® без застойных зон делают все контактирующие с продуктом поверхности эргономично доступными; выпускные органы без застойных зон и встроенные моющие копья (по желанию полностью автоматическая влажная очистка) делают сухую и влажную очистку валидируемой — согласно руководствам EHEDG, гигиеническим руководствам FDA и 3-A Sanitary Standards.